





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (4): 711-728.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.04.010
张开京1(
), 何帅帅1, 贾利2, 胡玉超1, 杨德坤1, 陆晓民1, 张其安2, 严从生2(
)
收稿日期:2022-04-13
接受日期:2022-06-07
出版日期:2023-02-16
发布日期:2023-02-24
通信作者:
严从生,E-mail:congshengyan@126.com
联系方式:
张开京,E-mail:zhangkj@ahstu.edu.cn。
基金资助:
ZHANG KaiJing1(
), HE ShuaiShuai1, JIA Li2, HU YuChao1, YANG DeKun1, LU XiaoMin1, ZHANG QiAn2, YAN CongSheng2(
)
Received:2022-04-13
Accepted:2022-06-07
Published:2023-02-16
Online:2023-02-24
摘要:
【目的】基于黄瓜基因组信息和转录组测序大数据,利用生物信息学手段,对黄瓜中DIR基因家族进行鉴定,并分析其在不同组织器官和胁迫响应过程中的表达模式,为后续深入研究黄瓜DIR基因的生物学功能奠定重要基础。【方法】基于已报道的DIR基因HMM模型文件,利用HMMER软件包的hmmsearch程序从黄瓜蛋白数据库中筛选出可能的DIR基因ID,并利用在线工具Pfam和SMART进行验证,最终确定黄瓜DIR家族基因。利用ExPASy、TBtools、GSDS、MEME、MEGA、MCScanX和Circos等工具分析黄瓜DIR基因家族成员的理化特征、染色体定位、基因结构、系统进化树和共线性。基于黄瓜在不同组织和胁迫响应下的转录组测序大数据,利用黄瓜V3版本基因组信息进行转录组分析,检索黄瓜DIR基因在不同转录组测序分析中的表达情况,利用TBtools软件绘制表达热图,分析黄瓜DIR基因在不同组织和胁迫响应过程中的表达模式。【结果】在黄瓜中鉴定到23个DIR家族基因,分布于7条染色体上,编码氨基酸个数在78—684,分子量8.70—73.82 kD;系统进化分析将黄瓜DIR基因家族划分为3个亚族,每个亚族中的基因结构和motif基本一致;共线性分析发现黄瓜中有12个DIR基因与拟南芥中的19个DIR基因存在27种线性关系,黄瓜中有12个DIR基因与水稻中的11个DIR基因存在19种线性关系,而黄瓜中另外8个DIR基因比较保守,既不与拟南芥中的DIR基因存在共线性,也不与水稻中的DIR基因存在共线性;组织特异性表达分析发现有些黄瓜DIR基因在根、茎、花、果实、叶片等所有组织器官中的表达量均较低或不表达,有些黄瓜DIR基因在所有组织器官中的表达量均较高,而有些黄瓜DIR基因只在特定组织中表达,但在其他组织中不表达或低表达,表明不同的黄瓜DIR基因具有组织特异性表达模式;黄瓜DIR家族基因在胁迫响应过程中的表达模式分析发现CsaV3_4G023490在黄瓜非生物胁迫和生物胁迫响应过程中均发生上调表达,表明该基因在黄瓜生长发育过程中发挥着重要作用。【结论】在黄瓜中共鉴定到23个DIR家族基因,分为3个亚族,每个亚族内的基因成员保守性高,不同亚族间的基因结构和蛋白保守结构域有所不同。黄瓜DIR基因在不同组织器官和胁迫响应下的表达模式具有差异性,协同调控了黄瓜的生长发育。
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表1
黄瓜23个DIR基因家族成员的理化特征"
| 基因 ID Gene ID | CDS大小 CDS size (bp) | 氨基酸数目 Number of amino acids (aa) | 分子量 Molecular weight (kD) | 等电点 pI | 不稳定性系数 Instability index | 脂肪系数 Aliphatic index | 亲水性平均值 Grand average of hydropathicity | 亚细胞定位预测 Prediction of subcellular location |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CsaV3_1G003340.1 | 552 | 183 | 19.94 | 6.06 | 32.24 | 90.00 | 0.255 | 质膜 Plasma membrane |
| CsaV3_1G003540.1 | 633 | 210 | 22.89 | 9.30 | 54.28 | 82.19 | -0.111 | 线粒体 Mitochondrion |
| CsaV3_1G010290.1 | 774 | 257 | 27.81 | 5.69 | 46.08 | 75.53 | -0.284 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_2G015820.1 | 2055 | 684 | 73.82 | 9.13 | 33.65 | 92.27 | -0.027 | 叶绿体 Chloroplast |
| CsaV3_2G015830.1 | 867 | 288 | 32.11 | 10.08 | 52.35 | 89.65 | -0.136 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_2G034820.1 | 639 | 212 | 22.68 | 9.69 | 21.78 | 78.73 | -0.116 | 细胞外间隙 Extracellular space |
| CsaV3_3G011390.1 | 750 | 249 | 25.45 | 5.35 | 32.07 | 90.88 | 0.248 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_3G015180.1 | 465 | 154 | 16.95 | 4.66 | 23.21 | 80.91 | 0.049 | 细胞外间隙 Extracellular space |
| CsaV3_4G006220.1 | 720 | 239 | 26.49 | 7.77 | 29.99 | 96.69 | 0.274 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_4G006240.1 | 780 | 259 | 28.92 | 9.65 | 30.21 | 84.79 | -0.055 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_4G006250.1 | 576 | 191 | 21.26 | 8.63 | 28.03 | 86.81 | 0.163 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_4G023480.1 | 237 | 78 | 8.70 | 9.85 | 36.49 | 70.00 | -0.338 | 线粒体 Mitochondrion |
| CsaV3_4G023490.1 | 1284 | 427 | 48.16 | 9.48 | 35.62 | 88.85 | -0.053 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_4G023500.1 | 588 | 195 | 21.70 | 9.76 | 28.73 | 81.54 | -0.030 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_4G023510.1 | 528 | 175 | 19.53 | 9.58 | 23.03 | 95.20 | -0.003 | 线粒体 Mitochondrion |
| CsaV3_5G006660.1 | 834 | 277 | 31.22 | 9.75 | 36.00 | 64.37 | -0.420 | 线粒体 Mitochondrion |
| CsaV3_5G006670.1 | 1185 | 394 | 41.43 | 4.31 | 47.97 | 77.54 | -0.177 | 细胞外间隙 Extracellular space |
| CsaV3_5G026130.1 | 990 | 329 | 34.01 | 5.08 | 33.90 | 79.12 | -0.011 | 细胞外间隙 Extracellular space |
| CsaV3_6G006930.1 | 675 | 224 | 25.28 | 6.97 | 37.75 | 100.63 | 0.099 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_7G003510.1 | 615 | 204 | 22.55 | 7.72 | 33.85 | 96.62 | 0.119 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_7G005610.1 | 597 | 198 | 21.23 | 9.56 | 43.93 | 91.67 | 0.228 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_7G005630.1 | 525 | 174 | 19.04 | 9.69 | 56.27 | 83.56 | 0.068 | 质膜Plasma membrane |
| CsaV3_7G022920.1 | 1770 | 589 | 66.23 | 8.49 | 49.45 | 89.63 | -0.177 | 质膜Plasma membrane |
表2
黄瓜DIR蛋白的基序信息"
| 基序 Motif | 序列 Sequence | 氨基酸数目 Number of amino acid | Pfam注释 Pfam annotation |
|---|---|---|---|
| motif 1 | FGTVVVIDBPLTEGPELGSKLIGRAQGFYASASQDGFGLLM | 41 | Dirigent |
| motif 2 | JSFFGRNPILEKVREMPVVGGTGKFRFARG | 30 | Dirigent |
| motif 3 | THLRFYFHDILSGKNPTAIAV | 21 | Dirigent |
| motif 4 | AMNFAFTSGKYNGSS | 15 | Dirigent |
| motif 5 | YAKAKTHYLDFTTGDAVVEYN | 21 | - |
| motif 6 | EDENSFARTVNRKRLGLRKEK | 21 | - |
| motif 7 | TITVLALFLFSSSSCSALPMVKKQKHKPC | 29 | - |
| motif 8 | VPPVSNTSRTR | 11 | - |
| motif 9 | MAGISPISPTHFLFLSFLL | 19 | - |
| motif 10 | ENQHVTDGVDTJJHFSVYLSY | 21 | - |
图7
黄瓜DIR家族基因在非生物胁迫处理下的表达热图 A:黄瓜DIR家族基因在高温胁迫处理下的表达模式;HT0h_1、HT0h_2、HT0h_3是对照处理的3个重复,HT3h_1、HT3h_3是高温处理3 h的两个重复,HT6h_1、HT6h_3是高温处理6 h的两个重复。B:黄瓜DIR家族基因在低温胁迫处理下的表达模式;CT:对照,CS_2 h:低温处理2 h,CS_6h:低温处理6 h,CS_12h:低温处理12 h。C:黄瓜DIR家族基因在盐和硅胁迫处理下的表达模式;CT_1、CT_2、CT_3是对照处理的3个重复,Na_1、Na_2、Na_3是盐胁迫处理的3个重复,Si_1、Si_2是硅胁迫处理的两个重复。表格中的数据是原始的FPKM值"
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